Guanina

Guanina
Generale
Nome sistematico	2-amino-1H-purin-6(9H)-one
Altri nomi	2-amino-6-oxo-purina, 2-aminoipoxantina, Guanina
Formula molecolare	C5H5N5O
MILIONI	NC(NC1=O)=NC2=C1N=CN2
Massa molecolare	151.1261 g/mol
Apparenza	Solido amorfo bianco.
Numero CAS
Proprietà
Densità e fase	? g/cm3, solido.
Solubilità in acqua	Insolubile.
Punto di fusione	360°C (633,15 K) deco.
Punto di ebollizione	Sublima.
Struttura
	Struttura cristallina	?
Momento dipolare	? D
Rischi
	Scheda di sicurezza	Scheda di sicurezza esterna
Pericoli principali	Irritante.
NFPA 704	1 1 0
Punto di infiammabilità	Non-infiammabile.
Dichiarazione R/S	R: R36, R37, R38. S: R24/25, R26, R36.
	Numero RTECS	MF8260000
Pagina dei dati supplementari
	Struttura e proprietà	n, εr, ecc.
Dati termodinamici	Comportamento in fase Solido, liquido, gas
Dati spettrali	UV, IR, NMR, MS
Composti correlati
	Altri anioni	?
Altri cationi	?
Composti correlati	Citosina, Adenina, Timina, Uracile
Tranne dove diversamente indicato, i dati sono forniti per materiali allo stato standard (a 25°C, 100 kPa)

La guanina, una struttura molecolare a due anelli, è uno dei cinque componenti fondamentali o nucleobasi presenti negli acidi nucleici DNA e RNA; Le altre sono adenina, citosina, timina e uracile. La guanina e l’adenina derivano dalla purina, molecola madre a due anelli, mentre la citosina, la timina e l’uracile derivano dalla pirimidina, molecola madre a un anello.

La guanina (C5H5N5O) comprende un anello pirimidinico a sei carati fuso con un anello imidazolico a cinque carati per formare un sistema stabilizzato da doppi legami coniugati (le posizioni dei doppi legami si spostano sull’anello). Essendo insatura, la molecola biciclica è planare. Il nucleoside guanina (guanina legata a uno zucchero a cinque carboni) si chiama guanosina e manca solo di un fosfato per formare un nucleotide.

Nel DNA, guanina e adenina formano legami idrogeno con i loro derivati pirimidinici complementari, citosina e timina. Nell’RNA, il complemento dell’adenina è l’uracile invece della timina. Così, la guanina, insieme all’adenina e alla citosina, è presente sia nel DNA che nell’RNA, mentre la timina si vede di solito solo nel DNA e l’uracile solo nell’RNA.

L’ubiquità della guanina, che gioca un ruolo centrale nel DNA di tutti gli organismi viventi e anche nei virus dell’RNA è la prova della connessione e dell’unità di tutta la vita.

Proprietà di base

La guanina si lega alla citosina attraverso tre legami idrogeno. Nella citosina, il gruppo amminico agisce come donatore di idrogeno e il carbonile C-2 e l’ammina N-3 come accettatori di legami idrogeno. La guanina ha un gruppo a C-6 che agisce come accettore di idrogeno, mentre il gruppo a N-1 e il gruppo amminico a C-2 agiscono come donatori di idrogeno.

La guanina ha due forme tautomeriche: la forma cheto (caratterizzata da un gruppo OH attaccato) e la forma enol (caratterizzata da un gruppo CH2 attaccato).

La guanina può essere idrolizzata con acido forte a 180°C in glicina, ammoniaca, biossido di carbonio e monossido di carbonio. La guanina si ossida più facilmente dell’adenina, l’altra base purinica derivata nel DNA e nell’RNA. Il suo alto punto di fusione di 350°C riflette il forte legame idrogeno intermolecolare tra i gruppi oxo e amino nelle molecole del cristallo. A causa di questo legame intermolecolare, la guanina è relativamente insolubile in acqua, anche se è solubile in acidi e basi diluite.

Storia

Il primo isolamento della guanina fu riportato nel 1844 dagli escrementi degli uccelli marini, noti come guano e utilizzati come fonte di fertilizzante. Circa cinquant’anni dopo, Fischer determinò la struttura della guanina e dimostrò che l’acido urico può essere convertito in guanina. La prima sintesi completa della guanina fu fatta da Traube e rimane tra le migliori preparazioni su larga scala.

Sintesi

Tracce di guanina si formano dalla polimerizzazione del cianuro di ammonio (NH4CN). Due esperimenti condotti da Levy et al. hanno mostrato che il riscaldamento di dieci moli di NH4CN a 80°C per 24 ore ha dato una resa dello 0,0007%, mentre usando 0,1 moli di NH4CN congelato a -20°C per 25 anni ha dato una resa dello 0,0035% (Levy et al. 1999). Questi risultati indicano che la guanina potrebbe sorgere nelle regioni congelate della terra primitiva. Nel 1984, Yuasa ha riportato una resa dello 0,00017% di guanina dopo la scarica elettrica di NH3, CH4, C2H6 e 50 mL di acqua, seguita da una successiva idrolisi acida (Miyakawa et al. 2000). Tuttavia, non si sa se la presenza di guanina non fosse semplicemente un contaminante della reazione.

5NH3 + CH4 + 2C2H6 + H2O → C5H8N5O (guanina) + (25/2)H2

Una sintesi Fischer-Tropsch può anche essere usata per formare guanina, insieme ad adenina, uracile e timina. Riscaldando una miscela equimolare di CO, H2 e NH3 a 700 °C per 0,24-0.4 ore, seguito da un rapido raffreddamento, e poi da un riscaldamento prolungato a 100-200 °C per 16-44 ore con un catalizzatore di allumina ha prodotto guanina e uracile:

5CO + (1/2)H2 + 5NH3 → C5H8N5O (guanina) + 4H2O

La sintesi di Traube prevede il riscaldamento della 2,4,5-triammino-1,6-diidro-6-ossipirimidina (come solfato) con acido formico per diverse ore.

Usi commerciali

Nel 1656 a Parigi, François Jaquin (un fabbricante di rosari) estrasse dalle squame di alcuni pesci la cosiddetta “essenza di perla” – guanina cristallina che forma quadruplex G. I cristalli di guanina sono piastrine rombiche composte da più strati trasparenti, ma hanno un alto indice di rifrazione che riflette e trasmette parzialmente la luce da strato a strato, producendo così una lucentezza perlacea. Nell’industria cosmetica, la guanina cristallina è usata come additivo in vari prodotti (per esempio, shampoo), dove fornisce l’effetto perlato iridescente. Viene anche usata nelle vernici metalliche e nelle simulazioni di perle e plastiche. La guanina cristallina fornisce una lucentezza scintillante all’ombretto e allo smalto. Può essere applicata tramite spray, pittura o immersione, ma può irritare gli occhi. Le alternative includono mica, perla sintetica e particelle di alluminio e bronzo.

• Horton, H. R., L. A. Moran, R. S. Ochs, J. D. Rawn e K. G. Scrimgeour. Principi di biochimica. New Jersey: Prentice Hall, 2000.
• Levy, M., S. L. Miller, e John Oró. “Produzione di guanina da polimerizzazioni NH4CN”. Journal of Molecular Evolution. 49(2):165-168, 1999.
• Lister, J. H. “Parte II, Purine.” In D. J. Brown, ed., The Chemistry of Heterocyclic Compounds. New York: Wiley-Interscience, 1971.
• Miyakawa, S., K. Murasawa, K. Kobayashi, and A. B. Sawaoka. “Sintesi abiotica della guanina con plasma ad alta temperatura”. Orig Life Evol Biosph. 30(6): 557-66, 2000.